Shutterstock
Золотые жилы, такие как эта, заключенная в кварц и гранит, могут осаждаться, когда вода высокого давления, в которой они были растворены, внезапно испаряется во время землетрясения.
Ученым давно известно, что жилы золота образуются в результате осаждения минералов из горячих жидкостей, протекающих через трещины в глубине земной коры. Но исследование опубликовано сегодня в Nature Geoscience 1 обнаружил, что процесс может произойти почти мгновенно - возможно, в течение нескольких десятых секунды.
По словам первого автора Дайона Уэтерли, сейсмолога из Университета Квинсленда в Брисбене, Австралия, этот процесс происходит вдоль «пробежек по разломам» - боковых зигзагообразных трещин, которые соединяют основные линии разломов в скале.
Когда происходит землетрясение, стороны основных линий разломов проскальзывают вдоль направления разлома, втираясь друг в друга. Но вины пробежек просто раскрываются. Уэтерли и его соавтор, геохимик Ричард Хенли из Австралийского национального университета в Канберре, задались вопросом, что происходит с жидкостями, циркулирующими через эти пробежки во время землетрясения.
То, что показали их расчеты, было ошеломляющим: быстрая разгерметизация, при которой нормальные условия высокого давления в глубине Земли падают до давления, близкого к тем, которые мы испытываем на поверхности.
Например, землетрясение силой 4 балла на глубине 11 километров может привести к падению давления в внезапно возникающем пробое разлома с 290 мегапаскалей (МПа) до 0,2 МПа. (Для сравнения, давление воздуха на уровне моря составляет 0,1 МПа.) «Таким образом, вы смотрите на снижение давления в 1000 раз», - говорит Уэтерли.
По словам Уэтерли, когда минеральная вода с температурой около 390 ° C подвергается такому перепаду давления, жидкость быстро испаряется, а минералы в перенасыщенной воде кристаллизуются почти мгновенно - процесс, который инженеры называют мгновенным испарением или мгновенным осаждением. Эффект, по его словам, «достаточно велик, чтобы кварц и любые связанные с ним минералы и металлы выпали из раствора».
В конечном счете, больше жидкости просачивается из окружающих пород в зазор, восстанавливая начальное давление. Но это происходит не сразу, и поэтому в одно и то же время одно землетрясение может вызвать мгновенную (хотя и крошечную) золотую жилу.
Сильные землетрясения приведут к большим перепадам давления, но для образования золотых жил это кажется излишним. Уотерли и Хенли обнаружили, что еще интереснее то, что даже небольшие землетрясения вызывают удивительно большие перепады давления вдоль пробежек.
«Мы прошли весь путь до магнитуды -2», - говорит Уэтерли. Землетрясение настолько малое, добавляет он, что оно вызвало пробуксовку всего около 130 микрометров вдоль всего лишь 90 сантиметров зоны разлома. «Вы все еще получаете падение давления на 50%», - отмечает он.
Это, добавляет Уэтерли, может быть одной из причин того, что камни в золотоносных кварцевых месторождениях часто покрыты паутиной из крошечных золотых жилок. «У вас может быть от тысячи до сотен тысяч небольших землетрясений в год в одной системе разломов», - говорит он. «В течение сотен тысяч лет у вас есть возможность осаждать очень большие количества золота. Маленькие кусочки складываются ».
Уэтерли говорит, что геологоразведчики могут использовать методы дистанционного зондирования для обнаружения новых месторождений золота в глубоко зарытых породах, в которых распространены пробежки. «Системы неисправностей с большим количеством пробежек могут быть местами, где можно распределить золото», - объясняет он.
Но Такааки Тайра, сейсмолог из Калифорнийского университета в Беркли, считает, что результаты могут иметь еще большую научную ценность. Это связано с тем, что, помимо демонстрации того, как кварцевые отложения могут образовываться в толчках разлома, исследование показывает, как давление жидкости в толчках восстанавливается до своего первоначального уровня - что может повлиять на то, насколько сильно земля перемещается после первоначального землетрясения.
«Насколько я знаю, мы еще не учитываем колебания давления жидкости в оценках вероятности повторных толчков», - говорит Тайра. «Интеграция этого может улучшить прогнозирование землетрясений».
